以工程专业认证为背景的PLC实验教学改革研究

何杰　汪沛

摘 要：“可编程逻辑控器”是自动化专业本科生的重要专业技术课，以工程专业认证为契机，参照工程专业认证的标准，针对课程实验教学的不足，对实验教学内容、教学过程、考核方式等进行研究分析，提出了课程实验改革，以加强学生的分析与解决问题的能力、创新能力和工程实践能力，实现工程应用型人才的培养目标。

关键词：PLC；专业认证；教学改革；实验教学

一、前言

完善的高等工程教育专业认证制度是保障并促使其不断改进和提高工程专业教育质量的重要方法。工程教育专业认证标准非常重视学生对实验、毕业设计（毕业论文）、校企合作等实验实践环节，注重培养学生工程实践能力和创新能力。实验教学是高校实践教学的主要形式之一，也是专业认证评估的指标之一。实验教学不仅能加深学生对理论知识的理解，也是实现应用型人才培养目标的主要途径，对学生工程素质、工程知识、工程能力的提高起着重要作用。

“可编程逻辑控制器”（PLC）是一门应用型的专业核心课程，其系统性、实践性、综合性和创新性都比较强。PLC实验是该课程非常重要的一个环节，对培养学生的实践动手能力起着非常积极的作用。为适应企业人才需求，培养国际互认的工程科技人才，以适应专业认证标准对高素质创新人才培养的要求，PLC实验教学在教学体系结构设计、实验教学内容设计、实验教学组织形式等方面都有待改进。

二、PLC实验教学与认证标准的差距

目前，PLC实验教学与工程专业认证标准中强调的培养具有工程实践能力和创新能力、能解决复杂工程问题能力的毕业生是有一定差距的。究其原因，大致有以下四方面：

1.对实验教学重视程度不够

这一点主要体现在三个方面：一是学校方面。多数高校在实验教学设备方面投入不足，实验教学条件落后。二是教师不够重视。在教学过程中，教师普遍存在照本宣科的现象，严重制约了学生的创造性。三是学生不够重视。学生做实验只是为了验证课本结论和获得学分，学生的动手能力、发现问题及解决问题的能力不能够得到真正的提升。

2.实验教学内容设计欠合理

高校PLC实验教学内容一般设计为训练编程指令和验证知识点，综合设计性实验很少。这样的设计使学习缺乏知识的连贯性、整体性和系统性，学生学习起来枯燥，降低了学习兴趣。缺少综合设计性实验，学生在整个实验过程中缺乏独立分析问题和解决问题能力的培养，处于被动的地位，学习潜能不能得到充分发掘。

3.实验教学过程设计不合理

这一点主要体现在三个方面：一是教师教的方面。教师在实验教学过程中，大多照本宣科，注重知识的灌输，未能重视学生的“收获”。二是学生学的方面。学生在实验过程中，过分依赖教师，不能独立分析问题和解决问题。三是师生沟通方面。教师与学生互动少，不能及时交流、掌握学生的学习情况。

4.实验考核方式不完善

实验课时一般不多，在教学管理、考核等方面不如理论课程那么受重视。实验课程的考核方式一般都是评价考勤、实验报告的综合情况给出总评成绩，而对实验课程最重要的环节——实验过程缺少评价。这种不完善的考核方式，不仅不能体现学生的真实水平，还会造成一系列问题，比如学生上实验课的积极性不高；实验报告抄袭严重，千篇一律等。

三、适应专业认证培养标准的实验教学设计

江苏大学重视培养学生工程实践能力，支持PLC实验教学的改革。在教学上，开设“可编程控制器的工程应用”课程，总共30学时，设置了16个学时的实验课程。在软硬件建设上，与西门子公司共建了先进自动化技术联合实训示范中心，配备先进的PLC实验设备。在此基础上，PLC实验教学改革主要体现在以下几个方面：

1.实验内容总体设计

PLC实验内容的设计以实际工程项目为背景，将一个较完整或者经过简化的工程项目分解成若干个实验环节，每个实验环节覆盖若干个知识点，实验环节的安排遵循循序渐进的原则，逐步拓展学习内容，最后将所有实验环节连起来，完成一个完整的工程项目。

PLC实验课程是基于江苏大学-西门子自动化与驱动集团先进自动化技术联合示范实训中心的硬件平台（S7-300）和西门子的STEP7和WINCC软件平台开设的，实验内容的设计是以交流电机变频驱动系统远程调速和控制这个简单的工程实例为主线，由浅入深分解设计每个实验模块：

（1）S7-300PLC入门。设计软硬件组态和编程初步实验，使学生通过实验熟悉S7-300PLC的硬件环境和软件环境。

（2）S7-300PLC接口设计。设计DI/O和AI/O的接口实验，使学生掌握多通道工程物理量的数据采集方法，完成项目中电机转速采集和调速指令下达。

（3）S7-300工业控制网络应用。设计S7-300网络组态及通信实验，使学生掌握工业以太网的使用，并完成项目中电机的远程调速和控制。

（4）人机界面设计。设计WinCC组态软件和上下位机数据采集及通信实验，使学生能够运用WINCC构建工业控制系统，掌握PC-PLC工控系统上下位机的数据采集、通信和控制技术，并通过这项技术完成项目中的人机界面的搭建。

每个实验环节都设计一个简单的例子帮助学生理解本环节的知识点，然后将工程项目中本知识点的内容作为实验设计内容，要求学生独立完成。整个实验环节的设置，联系紧密，环环相扣，连接起来是一个完整的工程实例训练，能使学生建立PC-PLC工控系统的完整概念，掌握解决具体工程问题的过程和步骤，强化学生对工程实践的认识，以提高学生分析问题、解决问题的能力和实际应用水平。

2.实验教学过程的实施

PLC实验教学过程具有专业性、独立性、创造性和实践性，每个学生在教师的指导下相对独立地学习和应用专业知识进行实验，创造性地应用所学知识解决所遇到的实践问题。

在教学实施的过程中，要很好地把握师生活动的关系，不但要做到教师教得好，还要做到学生学得好。针对PLC实验教学的特点，其教学过程的实施，主要关注以下几个方面：

（1）控制每组实验人数，确保学生有足够的实践操作时间。PLC实验一般以每组2～3人比较合适，遇到实际问题可以进行组内讨论，发挥团队合作的优势。

（2）实验前的理论讲解。实验课和理论课之间一般都有一定的时间间隔，实验进行前都会复习相关的知识，使学生尽快进入实验状态。

（3）实验演示。学生仅通过预习并不能很好地理解PLC软件和设备的使用，因此，对初次接触的设备或较难的实验环节，需要现场演示，引导学生尽快熟悉和掌握实验操作和原理。

（4）以学生自主实验和探索实验为主，教师指导为辅。PLC实验是创造性和实践性很强的实验，教师在辅助和引导学生时，要把握分寸，以引导为主，不能替学生解决问题，要充分培养学生独立解决问题的能力。

（5）注重理论与实践的结合。在实验中，所有的操作都需要理论的支撑。同样，实践中的所有操作也都能提升至理论的高度。实验教学过程中，教师应有意识地培养学生的正向思维和逆向思维。

（6）充分应用好现代化教学手段。实验教学也需要跟得上网络化时代的发展，将实验的相关资料、实验设计内容等资源向学生开放，让学生通过网络做好实验预习等工作，这既有利于实验课的开展，又有利于学生课后进一步深入地自主学习。

3.实验考核综合评价

实验考核机制应充分考虑能否体现出学生的真实水平，做到公平有效地评价学生的学业水平、创新能力等。因此，需要一种新的考核方式来提高学生的学习兴趣和创新意识，尽量使评价结果体现学生的水平。在实验考核中要把过程考核与实验报告、实验考勤结合起来，新的考核方式侧重实验过程中学生实践能力的体现，淡化学生考勤，具体化考核指标的实验报告等。具体考核评分方法见表1。

表1中所述实验考核方法，基本能满足专业认证中对学生实践能力的培养要求。其中，分析与解决问题的能力、创新能力、工程实践能力等都能在实验过程中得以体现和锻炼；具体化考核指标的实验报告的撰写，能有效地锻炼学生就工程实践问题与同行及社会进行有效沟通的能力。

四、总结

江苏大学针对PLC实验课程当前的状态和存在的问题，从实验教学内容设计、实验教学过程的实施及实验考核评价几个方面开展了对PLC实验课程的改革研究，特别注重实验过程中学生分析与解决问题的能力、创新能力和工程实践能力的培养，采取公平、公正的实验考核评价方式；设计了培养工程应用型人才的科学方法，这与工程专业认证的基本要求是相符的。PLC实验体系经过重新设计后，教学效果改善显著，提高了学生的学习积极性和主动性，锻炼了学生工程实践能力，为培养创新型的应用人才提供了保障。

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